El ADN nuclear ( ADNn ), o ácido desoxirribonucleico nuclear , es el ADN contenido en cada núcleo celular de un organismo eucariota . [1] Codifica la mayor parte del genoma en eucariotas, y el ADN mitocondrial y el ADN plastidial codifican el resto. Se adhiere a la herencia mendeliana , con información que proviene de dos progenitores, uno masculino y otro femenino, en lugar de matrilinealmente (a través de la madre) como en el ADN mitocondrial. [2]
El ADN nuclear es un ácido nucleico , una biomolécula polimérica o biopolímero , que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. Su estructura es una doble hélice , con dos hebras enrolladas una alrededor de la otra, una estructura descrita por primera vez por Francis Crick y James D. Watson (1953) utilizando datos recopilados por Rosalind Franklin . Cada hebra es una larga cadena polimérica de nucleótidos repetidos . [3] Cada nucleótido está compuesto por un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base orgánica. Los nucleótidos se distinguen por sus bases: purinas , bases grandes que incluyen adenina y guanina ; y pirimidinas , bases pequeñas que incluyen timina y citosina . Las reglas de Chargaff establecen que la adenina siempre se empareja con timina, y la guanina siempre con citosina. Los grupos fosfato se mantienen unidos por un enlace fosfodiéster y las bases se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno . [4]
El ADN nuclear y el ADN mitocondrial difieren de muchas maneras, empezando por la ubicación y la estructura. El ADN nuclear se encuentra dentro del núcleo de las células eucariotas y normalmente tiene dos copias por célula, mientras que el ADN mitocondrial se encuentra en las mitocondrias y contiene entre 100 y 1.000 copias por célula. La estructura de los cromosomas del ADN nuclear es lineal con extremos abiertos e incluye 46 cromosomas y contiene, por ejemplo, 3 mil millones de nucleótidos en los seres humanos, mientras que la estructura del cromosoma del ADN mitocondrial suele ser cerrada, circular y contiene, por ejemplo, 16.569 nucleótidos en los seres humanos. [5] El ADN nuclear en los animales es diploide , normalmente hereda el ADN de dos padres, mientras que el ADN mitocondrial es haploide , proviene solo de la madre. La tasa de mutación del ADN nuclear es inferior al 0,3%, mientras que la del ADN mitocondrial es generalmente más alta. [6]
El ADN nuclear es conocido como la molécula de la vida y contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo de todos los organismos eucariotas. Se encuentra en casi todas las células del cuerpo humano, con excepciones como los glóbulos rojos . Todos tenemos un mapa genético único, incluso los gemelos idénticos. [7] Los departamentos forenses como la Oficina de Aprehensión Criminal (BCA) y la Oficina Federal de Investigaciones (FBI) pueden utilizar técnicas que involucran ADN nuclear para comparar muestras en un caso. Las técnicas utilizadas incluyen la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite utilizar cantidades muy pequeñas de ADN haciendo copias de regiones específicas en la molécula, también conocidas como repeticiones cortas en tándem (STR). [8] [9]
Al igual que la mitosis , la meiosis es una forma de división celular eucariota . La meiosis da lugar a cuatro células hijas únicas, cada una de las cuales tiene la mitad del número de cromosomas que la célula madre. Debido a que la meiosis crea células que están destinadas a convertirse en gametos (o células reproductivas), esta reducción en el número de cromosomas es fundamental; sin ella, la unión de dos gametos durante la fertilización daría lugar a una descendencia con el doble del número normal de cromosomas.
La meiosis crea nuevas combinaciones de material genético en cada una de las cuatro células hijas. Estas nuevas combinaciones son resultado del intercambio de ADN entre cromosomas pareados. Este intercambio significa que los gametos producidos mediante la meiosis suelen presentar una variación genética considerable.
La meiosis implica dos rondas de división nuclear, no solo una. Antes de experimentar la meiosis, una célula pasa por un período de interfase en el que crece, replica sus cromosomas y verifica todos sus sistemas para asegurarse de que esté lista para dividirse.
Al igual que la mitosis, la meiosis también tiene etapas diferenciadas llamadas profase , metafase , anafase y telofase . Sin embargo, una diferencia clave es que durante la meiosis, cada una de estas fases ocurre dos veces: una durante la primera ronda de división, llamada meiosis I, y otra durante la segunda ronda de división, llamada meiosis II. [10]
Antes de la división celular, el material de ADN en la célula original debe duplicarse para que, después de la división celular, cada nueva célula contenga la cantidad completa de material de ADN. El proceso de duplicación del ADN suele denominarse replicación . La replicación se denomina semiconservativa , ya que cada nueva célula contiene una hebra de ADN original y una hebra de ADN recién sintetizada. La hebra de polinucleótido original de ADN sirve como plantilla para guiar la síntesis del nuevo polinucleótido complementario de ADN. La plantilla de hebra única de ADN sirve para guiar la síntesis de una hebra complementaria de ADN. [11]
La replicación del ADN comienza en un sitio específico en la molécula de ADN llamado origen de replicación . La enzima helicasa desenrolla y separa una porción de la molécula de ADN, después de lo cual las proteínas de unión de cadena simple reaccionan con las secciones separadas de cadena simple de la molécula de ADN y las estabilizan. El complejo enzimático ADN polimerasa se acopla a la porción separada de la molécula e inicia el proceso de replicación. La ADN polimerasa solo puede conectar nuevos nucleótidos de ADN a una cadena preexistente de nucleótidos. Por lo tanto, la replicación comienza cuando una enzima llamada primasa ensambla un cebador de ARN en el origen de replicación. El cebador de ARN consiste en una secuencia corta de nucleótidos de ARN , complementaria a una pequeña sección inicial de la cadena de ADN que se está preparando para la replicación. La ADN polimerasa puede luego agregar nucleótidos de ADN al cebador de ARN y así comenzar el proceso de construcción de una nueva cadena complementaria de ADN. Más tarde, el cebador de ARN se elimina enzimáticamente y se reemplaza con la secuencia apropiada de nucleótidos de ADN. Debido a que las dos hebras complementarias de la molécula de ADN están orientadas en direcciones opuestas y la ADN polimerasa solo puede acomodar la replicación en una dirección, se emplean dos mecanismos diferentes para copiar las hebras de ADN. Una hebra se replica continuamente hacia el desenrollado, separando la porción de la molécula de ADN original; mientras que la otra hebra se replica de manera discontinua en la dirección opuesta con la formación de una serie de segmentos cortos de ADN llamados fragmentos de Okazaki . Cada fragmento de Okazaki requiere un cebador de ARN separado. A medida que se sintetizan los fragmentos de Okazaki, los cebadores de ARN se reemplazan con nucleótidos de ADN y los fragmentos se unen entre sí en una hebra complementaria continua. [12]
El daño del ADN nuclear es un problema persistente que surge de una variedad de fuentes endógenas y exógenas disruptivas. Los eucariotas han desarrollado un conjunto diverso de procesos de reparación del ADN que eliminan los daños del ADN nuclear. Estos procesos de reparación incluyen la reparación por escisión de bases , la reparación por escisión de nucleótidos , la reparación por recombinación homóloga , la unión de extremos no homólogos y la unión de extremos mediada por microhomología . Estos procesos de reparación son esenciales para mantener la estabilidad del ADN nuclear. El fracaso de la actividad de reparación para seguir el ritmo de la aparición de daños tiene varias consecuencias negativas. Los daños del ADN nuclear, así como las mutaciones y alteraciones epigenéticas que dichos daños causan, se consideran una de las principales causas de cáncer . [ cita requerida ] Los daños del ADN nuclear también están implicados en el envejecimiento [13] y las enfermedades neurodegenerativas . [14] [15]
El ADN nuclear está sujeto a mutaciones . Una de las principales causas de mutación es la replicación inexacta del ADN , a menudo por polimerasas de ADN especializadas que sintetizan daños pasados en el ADN en la cadena molde ( síntesis de translesión propensa a errores ). [16] Las mutaciones también surgen por una reparación inexacta del ADN. La vía de unión de extremos mediada por microhomología para la reparación de roturas de doble cadena es particularmente propensa a la mutación. [17] Las mutaciones que surgen en el ADN nuclear de la línea germinal son, con mayor frecuencia, neutrales o desventajosas desde el punto de vista adaptativo. Sin embargo, la pequeña proporción de mutaciones que resultan ventajosas proporciona la variación genética sobre la que opera la selección natural para generar nuevas adaptaciones.
